Моделирование конвективных вихревых структур на склоне: от зарождения и распространения в стратифицированной среде до взаимодействия с внутренними волнами. Физический эксперимент в термостратифицированном бассейне
https://doi.org/10.59887/2073-6673.2025.18(4)-1
EDN: CYRCYK
Аннотация
В термостратифицированном бассейне СПбФ ИО РАН исследуется уединённое гравитационное течение над наклонным дном. В рамках приближенного к реальным природным условиям лабораторного эксперимента проведены предварительные исследования сложных, нелинейных процессов взаимодействия придонного плотностного течения, стратификации и внутренних волн. Рассматривается полный жизненный цикл образующихся вихревых структур: от зарождения на склоне, развития и распространения в стратифицированной среде до их взаимодействия с полем внутренних волн. В ходе экспериментов получены эмпирические данные для верификации негидростатической модели с пространственным разрешением, позволяющим явным образом воспроизводить отдельные конвективные струи и вихри.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России для ИО РАН (тема № FMWE-2024-0029).
Об авторах
А. А. Родионов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Родионов Анатолий Александрович, член-корреспондент РАН, профессор, руководитель научного направления «Фундаментальная и прикладная гидрофизика»
Scopus AuthorID: 56223713100, WoS ResearcherID: AAT‑6466-2021
117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36
Р. Е. Ванкевич
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Ванкевич Роман Евгеньевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник СПбФ
Scopus AuthorID: 25642198100, WoS ResearcherID: M‑3215-2013
117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36
А. А. Лобанов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Лобанов Андрей Александрович, директор СПбФ, доктор технических наук
117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36
Н. Н. Шпилев
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Шпилев Николай Николаевич, научный сотрудник СПбФ
117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36
Список литературы
1. Hourdin F., Mauritsen T., Gettelman A., et al. The Art and Science of Climate Model Tuning // Bulletin of the American Meteorological Society. 2017. Vol. 98, Iss. 3. P. 589–602. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00135.1
2. Large W.G., McWilliams J.C., Doney S.C. Oceanic vertical mixing: A review and a model with a nonlocal boundary layer parameterization // Reviews of Geophysics. 1994. Vol. 32, No. 4. P. 363–403. EDN XXLPSW. https://doi.org/10.1029/94RG01872
3. Price J.F., Weller R.A., Pinkel R. Diurnal cycling: Observations and models of the upper ocean response to diurnal heating, cooling, and wind mixing // Journal of Geophysical Research. 1986. Vol. 91, No. C7. P. 8411–8427. https://doi.org/10.1029/JC091iC07p08411
4. Cenedese C., Marshall J., Whitehead J.A. A laboratory model of thermocline depth and exchange fluxes across circumpolar fronts // Journal of Physical Oceanography. 2004. Vol. 34, No. 3 P. 656–667. https://doi.org/10.1175/2508.1
5. Deardorff J.W., Willis G.E., Stockton B.H. Laboratory studies of the entrainment zone of a convectively mixed layer // Journal of Fluid Mechanics. 1980. Vol. 100, No. 1. P. 41–64. https://doi.org/10.1017/S0022112080001000
6. Harcourt R.R. An improved second-moment closure model of Langmuir turbulence // Journal of Physical Oceanography. 2015. Vol. 45, No. 1. P. 84–103. https://doi.org/10.1175/JPO-D-14-0046.1
7. Li Q., Fox-Kemper B. Assessing the effects of Langmuir turbulence on the entrainment buoyancy flux in the ocean surface boundary layer // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47, No. 12. P. 2863–2886. EDN YESYMP. https://doi.org/10.1175/JPO-D-17-0085.1
8. Reichl B.G., Wang D., Hara T., Ginis I., Kukulka T. Langmuir turbulence parameterization in tropical cyclone conditions // Journal of Physical Oceanography. 2016. Vol. 46, No. 3. P. 863–886. https://doi.org/10.1175/JPO-D-15-0106.1
9. Wang D., Large W.G., McWilliams J.C. Large-eddy simulation of the equatorial ocean boundary layer: Diurnal cycling, eddy viscosity, and horizontal rotation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1996. Vol. 101, No. C2. P. 3649– 3662. https://doi.org/10.1029/95JC03441
10. Souza A.N., Wagner G.L., Ramadhan A., et al. Uncertainty quantification of ocean parameterizations: Application to the K-Profile-Parameterization for penetrative convection // Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 2020. Vol. 12, No. 12. P. e2020MS002108. EDN SMUZJH. https://doi.org/10.1029/2020MS002108
11. Besard T., Foket C., De Sutter B. Effective extensible programming: Unleashing Julia on GPUs // IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2019. Vol. 30, No. 4. P. 827–841. https://doi.org/10.1109/TPDS.2018.2872064
12. Sullivan P.P., Patton E.G. The effect of mesh resolution on convective boundary layer statistics and structures generated by large-eddy simulation // Journal of the Atmospheric Sciences. 2011. Vol. 68, No. 10. P. 2395–2415. EDN YVOUWN. https://doi.org/10.1175/JAS-D-10-05010.1
13. Verstappen R. How much eddy dissipation is needed to counterbalance the nonlinear production of small, unresolved scales in a large-eddy simulation of turbulence? // Computers & Fluids. 2018. Vol. 176. P. 276–284. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2016.12.016
14. Чубаренко И.П. Горизонтальная конвекция над подводными склонами. Калининград: Терра Балтика, 2010. 256 с. EDN UBCINF
15. Зацепин А.Г., Гриценко В.А., Кременецкий В.В., Поярков С.Г., Строганов О.Ю. Лабораторное и численное исследование процесса распространения плотностного течения по склону дна // Океанология. 2005. Т. 45, № 1. С. 5–15. EDN HRVYRN
16. Зацепин А.Г., Костяной А.Г., Семенов А.В. Лабораторное исследование осесимметричного плотностного течения на наклонном дне во вращающейся жидкости // Океанология. 1996. Т. 36, № 3. С. 339–346.
17. Гриценко В.А., Юрова А.А.О распространении придонного гравитационного течения по крутому склону дна // Океанология. 1997. Т. 37, № 1. С. 44–49. EDN LECAJD
18. Гриценко В.А., Юрова А.А. Об основных фазах отрыва придонного гравитационного течения от склона дна // Океанология. 1999. Т. 39, № 2. С. 187–191.
19. Frank W.M., Molinari J. Convective Adjustment // Emanuel, K.A., Raymond, D.J. (eds) The Representation of Cumulus Convection in Numerical Models. Meteorological Monographs. American Meteorological Society, Boston, MA, 1993. https://doi.org/10.1007/978-1-935704-13-3_8
20. Владимирцев Ю.А., Косарев А.Н. Некоторые особенности конвективного перемешвания в Чёрном и Каспийском морях // Океанология.1963. Т. 3, № 6. С. 979–985.
21. Владимирцев Ю.А., Шипилов В.М. Конвективное перемешивание в различных природных условиях: Черное и Азовское моря. В книге: Конвективное перемешивание в море. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1977. 236 с.
22. Титов В.Б. Зоны формирования и объемы вод холодного промежуточного слоя в Чёрном море с учетом суровости зим // Метеорология и гидрология. 2006. № 6. С. 62–68. EDN KUHNLN
23. Andrie C., Merlivat L. Tritium in the western Mediterranean Sea during1981 Phycemed cruise // Deep-Sea Research. 1988. Vol. 35, No. 2. P. 247–267. https://doi.org/10.1016/0198-0149(88)90039-8
24. Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Лобанов А.А., Глитко О.В., Шпилёв Н.Н. Термостратифицированный бассейн Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН для моделирования гидрофизических процессов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2024. Т. 17, № 4. С. 90–99. EDN TIKUEH. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-7
Рецензия
Для цитирования:
Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Лобанов А.А., Шпилев Н.Н. Моделирование конвективных вихревых структур на склоне: от зарождения и распространения в стратифицированной среде до взаимодействия с внутренними волнами. Физический эксперимент в термостратифицированном бассейне. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2025;18(4):8-19. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2025.18(4)-1. EDN: CYRCYK
For citation:
Rodionov А.А., Vankevich R.Ye., Lobanov А.А., Shpilev N.N. Modeling of convective vortex structures on a slope: from generation and propagation in a stratified medium to interaction with internal waves. Experiment in laboratory tank. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2025;18(4):8-19. (In Russ.) https://doi.org/10.59887/2073-6673.2025.18(4)-1. EDN: CYRCYK
Просмотров:
52
Послать статью по эл. почте 